KC-135即將退役:不算完美的加油機,卻奠定當代商用飛機經典構型

2021-12-21 看航空

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5月底,美國運輸司令部司令史蒂芬·萊昂斯(Stephen R. Lyons)上將表示,KC-135的退役計劃已得到正式批准。

KC-135空中加油機於1957年首次加入美國空軍。近年來,由於其服役時間長以及和一些飛機型號不匹配兼容,美軍高層對該如何處置這型服役超過半個世紀的「老將」,紛紛表達了不同的意見。直到去年,一些美空軍高層官員還曾表示將延緩KC-135的退役計劃。但最近,美空軍終於下定決心加速退役KC-135,以為更多的KC-46A騰出資源。


KC-135在航空史上的地位相當的有趣且重要——作為一款加油機,KC-135並不是最優秀的,卻對現代商用噴氣客機的主流構型設計起到了重要的啟發作用。


波音367-80,編號707。後來的波音707型客機在命名上直接繼承了這一編號,但設計卻是在KC-135基礎上發展出來的。KC-135的前身是波音367-80原型機。波音367-80設計於上世紀50年代初,當時正是噴氣式飛機興起、並投入實用化的開端時代。因此,對於各種用途的飛機該如何實現最優化的外形設計,當時的航空製造企業依然處於摸索過程中,意見並不一致。1949年,英國設計製造的世界上第一架噴氣式客機——德哈維蘭的「彗星」實現首飛。出於減小飛行阻力等因素,「彗星」選擇了翼根部位內埋4臺發動機的設計。一年後,1950年,波音公司代表團在參觀「彗星」後提出:採用吊艙設計的客機能獲得更大的總體優勢,這促成了波音367-80項目的誕生。波音367-80本身是一個概念驗證飛機,它同時承擔了軍事和民用兩類運輸用途的探索任務——在此基礎上誕生的第一個實用化型號,就是美國空軍訂購的KC-135加油機。KC-135在1956年首飛,並在1957年交付使用。其成功展示了「下單翼 + 翼下發動機吊艙」這一布局設計的巨大優勢:發動機傳遞給機艙內的振動和噪聲,也被下置的機翼進行了有效的阻隔衰減;在型號發展中對發動機進行升級也變得方便了很多:特別是涉及到更換型號、擴大尺寸的升級時,設計師不再需要對機體進行過多改動。
KC-135在前、中期的主要缺陷在於它是美國空軍早期需求下的產物,最早其實只考慮給美國空軍的戰略運輸機加油,因此長期匱乏軟管加油能力。這一缺陷在進行多點加油項目改進後被彌補。KC-135的這一設計優勢迅速被民用飛機行業的專家捕捉到,並擴展到了民用運輸領域——在美國空軍的許可下,波音公司以KC-135的生產型作為基礎,發展出了民用的波音707客機:這一型號的出現,標誌著當代噴氣式航空運輸時代的真正開啟。自此之後,除非存在著「必須能在惡劣條件跑道上起降」等特殊需求,KC-135/波音707構型就是中大型噴氣式飛機的最佳範本。直到半個世紀後的今天,最晚近研製出的空客A350、波音787等型號也依然延續了這一設計框架。KC-135和波音707的衍生關係是早期航空史上的特例:由於軍隊對空中加油機的需求量遠低於民航客貨機,而加油機的服役周期又遠遠長於民航客貨機,因此,在後來的西方的大型加油機發展中,基本都是先有客機平臺,繼而再衍生出空中加油機型號。而由於KC-135的「經典設計」,後續多個加油機型號都繼承了KC-135設計思路——而之所以能成為「經典」,是因為KC-135良好地兼顧了多種運輸功能。從攜帶燃油的能力上限來說,KC-135這樣的飛機受限於最大起飛重量,在裝滿了燃油之後,飛機內部的貨運空間還有很大一部分地方是空的。因此最優化的設計,就是保證飛機能攜帶足夠多燃油的同時,依然保留一個可以高效操作的主貨艙。飛機可以按任務需求的差異,靈活地執行空中加油、運人、運貨等多種任務,甚至是混合任務而不需要臨時進行改裝——比如拆裝油罐等等。為了滿足這一要求,KC-135一共設計有22個油箱;除了翼梁間的整體油箱外,其餘油箱分布在機身底艙,在重心分布上非常均衡。底艙上方的主貨艙沒有舷窗,它以犧牲舒適性為代價,降低了成本並提高了機身結構強度;可以運載6個463升體積的貨盤、37.6噸的貨物、或者80名乘客。具體運輸能力要視飛機的總載油量而定。KC-767/KC-46,設計上採用地板下運油,地板上面前面運貨、後面運人的設計,這是對KC-135設計的繼承和發展不過,對於軍用加油機中的另一類型號:由戰術運輸機發展而來的加油機,KC-135的設計就不適宜了——為了優先保障極端情況下的運輸能力:尤其是針對裝甲車輛等特殊的大件貨物,軍用運輸機的貨艙會追求最大的通道截面,通常不會分割出底艙設計。對於這樣的機種而言,可以快速拆卸的機內大容積油罐往往才是性價比最高、最能保留機體原設計核心優勢的做法。

這種設計在東西方都可以見到,比如基於伊爾-76平臺發展而來的伊爾-78空中加油機,以及基於C-130平臺發展而來的KC-130空中加油機。顯然,這樣的加油機設計思路和KC-135完全不同——為了滿足惡劣環境中起降、以及大尺寸貨物運輸的需求,這樣的空中加油機需要在改裝造價、飛行阻力、以及成員舒適性上付出很大的代價,從性能效費比等方面來說並不划算。但運輸機平臺改裝的加油機,在一些作戰場景中也有其特有優勢——作為低速空中加油機為直升機進行加油。要對直升機進行空中加油,加油機必須能在300公裡/小時以下的低速飛行中,依然能同時保證重載、並留有充足的操縱反應能力……而這種低速性能,幾乎只能在「渦輪螺旋槳動力 + 超大面積機翼」的設計框架下,才能經濟可靠的實現。而主流商用飛機不可能做這樣的設計,它只會出現在對惡劣環境起降、短距起降有著強烈需求的中輕型軍用戰術運輸機上。綜合來說,KC-135並非完美無缺的型號,在服役期間也曾屢屢遭到「後來者」們的挑戰。譬如上世紀六、七十年代,由於其最大起飛噸位有限,美軍就轉而採購了噸位更大的KC-10空中加油機。但從基本的設計思想、以及對後續型號的影響來看,說KC-135是航空史上影響力最大的空中加油機並不為過。

排版:藍 風

文案:侯知健

編審:武 晨

監製:王 蘭

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